GB/T 26490-2011 纳米材料超双疏性能检测方法

　　ICS 71. 040. 40 G 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 26490—2011

　　纳米材料超双疏性能检测方法

　　Methodsformeasuringsuperhydrophobicity ofnanomaterials

　　2011-05-12发布 2012-02-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 26490—2011

　　前 言

　　本标准按 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国纳米技术标准化技术委员会纳米材料分技术委员会(SAC/TC279/SC1)提出并归 口 。本标准主要起草单位 : 中国科学院化学研究所 。

　　本标准主要起草人 :江雷 。

　　Ⅰ

　　GB/T 26490—2011

　　纳米材料超双疏性能检测方法

　　1 范围

　　本标准规定了纳米材料超双疏性能检测方法的术语和定义 、方法原理 、仪器和试剂 、样品制备 、检测条件 、检测步骤及结果评定 、检测报告等 。

　　本标准适用于检测经纳米技术进行处理的材料的超疏水和超疏油性能 ,材料表面应是均匀 、光滑 、不变形(在液体表面张力的垂直分量作用下)和各向同性的固体表面 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 6682—2008 分析实验室用水规格和试验方法(ISO 3696:1987,MOD)

　　GB/T 19619 纳米材料术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 19619界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　接触角 contactangle

　　液体滴在固体表面上 ,在固-液-气三相交点处做气-液界面的切线 ,此切线与固液交界线之 间 的 夹角 ,见图 1。测试状态下 , 固体表面与水的接触角称为水接触角 ,与油的接触角称为油接触角 。

　　注 : 接触角是评定超双疏材料的主要指标之 一 。

　　3. 2

　　疏水性 hydrophobicity

　　材料表面对水有很低的亲和性和不可润湿性 。

　　3. 3

　　疏油性 oleophobicity

　　材料表面对油有很低的亲和性和不可润湿性 。

　　3. 4

　　黏附力 adhesive force

　　材料表面疏水性能和疏油性能的程度 。材料对水滴表现出的黏附力 ,称为水黏附力 ;对油滴表现出的黏附力 ,称为油黏附力 。

　　注 : 黏附力是评定超双疏材料的另一主要指标 。

　　3. 5

　　超双疏纳米材料 super-hydrophobicity nanomaterials

　　经纳米技术处理 ,材料表面具有纳米结构 ,具备疏水疏油性能 ,水接触角不小于 150°、油接触角不小于 120°,且水黏附力不大于 10 μN、油黏附力不大于 10 μN 的材料称为超双疏纳米材料 。

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　　GB/T 26490—2011

　　4 原理

　　4. 1 接触角的测量原理

　　4. 1. 1 接触角用来表征液体对固体的润湿程度 , 以度计 ,介于 0°~ 180°之间 。对于一给定的体系 ,接触角是特定的 ,取决于三相界面(液/气 、固/气和液/固)间的相互作用 。

　　固体表面液滴的接触角是固 、气 、液界面间表面张力平衡的结果 ,液滴的平衡使得体系总能量趋于最小 , 因而使液滴在固体表面上处于稳态(亚稳态) 。一般来说 ,液滴在光滑平坦固体表面的接触角可以用杨氏方程来表示 ,见式(1) :

　　γsv =γsl +γlvcosθ …………………………( 1 )

　　即 : cosθ= (γsv-γsl)/γlv

　　式中 :

　　γsv— 固-气表面张力 ,单位微牛顿(μN) ;

　　γsl — 固-液的表面张力 ,单位为微牛顿(μN) ;

　　γlv — 液-气界面的表面张力 ,单位为微牛顿(μN) ;

　　θ — 平衡接触角 ,或称本征接触角 ,单位为度(°) 。

　　图 1 为接触角测量原理示意图 。

　　1— 液滴 ;

　　2— 样品表面 ;

　　θ— 平衡接触角 。

　　注 : 此图所示为大于 90°(左)和小于 90°(右)的两个接触角 。

　　图 1 接触角测量原理示意图

　　4. 1. 2 本标准采用圆锥法测量接触角 。 圆锥法运用二次曲线方程式来拟合液滴的轮廓形状 ,计算出接触角 。 由于未对液滴的形状作任何假定 ,所以其适用范围不受液滴形状的限制 ,不但可用于轴对称的液滴 ,也同样可用于不符合轴对称的液滴 。

　　4. 2 黏附力测量原理

　　4. 2. 1 黏附力测量是基于黏附理论 。材料给予液滴的拉伸力是随着两者间距增加而增长 ,直至液滴脱离材料表面 ,重力数值归零 。拉伸力及两者间距的数值 ,通过配套软件记录并绘制成黏附曲线 ,黏附曲线中拐点的重力数值 ,依据相互作用力原理 ,实际表现为材料表面与液滴之间因黏附作用而产生的拉伸力 , 即材料对液滴的黏附力 ,见图 2。

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　　注 : 拐点处纵坐标即黏附力数值 。

　　图 2 黏附力曲线

　　4. 2. 2 本标准采用动态接触角与微重力分析仪测量黏附力 , 由样品平台 、微量进样器及泵组成的液体输送系统 、电脑和与之相应的用于捕获 、分析和记录图像的软件构成 。微重力分析仪安装在悬臂处 ,是一种灵敏的质量检测元件 ,检测精度达到微牛顿级 ,可检测液滴从接触到离开材料表面过程中微重力的数值 。 由于超双疏材料表面对水滴和油滴具有极低的黏附性 ,液滴脱离材料表面之前 ,材料给予液滴的作用力是非常小的 。

　　5 仪器和试剂

　　5. 1 仪器

　　a) 光学接触角测量仪(测量精度 ±0. 1度) ;

　　b) 动态接触角仪与微重力分析仪 。

　　5. 2 试剂

　　a) 水 :按 GB/T 6682—2008中规定的二级去离子水 ;

　　b) 油 :正十六烷(分析纯) 。

　　6 样品制备

　　从待测材料的不同部位取 5块大小为 70 mm×70 mm 的标准样品 。样品应平整 、洁净 、无褶皱 ,具有代表性 。对于软质材料 ,可用双面胶将样品固定在载玻片上 。拿取和制作标准样品时应使用手套和镊子 。如果待测材料不能切割成 70 mm×70 mm 的标准样品 ,也可以使用相同原料及相同加工方法得到的材料作为样品 ,也可以使用本标准所规定以外的大小与形状的样品 ,但应保证在不同的 、间距6 mm以上的 5个点测定接触角 。

　　注 : 在对样品加工过程中 ,需要注意防止油等有机污染物以及待测材料之间的交叉污染 。

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　　7 检测条件

　　测试温度(23±2) ℃ ,相对湿度为(50±5) % 。

　　8 检测步骤及结果评定

　　8. 1 接触角

　　8. 1. 1 用镊子将样品置于光学接触角测量仪的样品台上 ,打开聚光灯调整视野和焦距 ,使样品位于视野中央 ;将滴液针头置于样品上方 10 mm~ 20 mm 处 ,设定测试液滴体积为 5 μL,按下针管滴定操作键 ,针头缓慢滴出 5 μL去离子水(或正十六烷) ,缓慢升高样品台 ,使样品表面接触到液滴 ,然后将样品台缓慢降低至液滴与针头分离 ,使用拍照功能 ,拍下水滴(或油滴)完全滴落于样品表面的初始状态 。测定这一状态下 ,纳米材料表面对水滴(或油滴)的接触角 。每个样品选取 5个点进行测试 ,每个点之间至少间隔 6 mm ,5个数据为一组 。

　　注 : 本方法是一整体液滴法 。在计算时考虑的是整个液滴的轮廓形状 ,所以当液滴的形状受到其他物体干扰时 ,如针管置于液滴内 ,就会影响方法的准确性 ,甚至不再适用 。

　　8. 1. 2 按 8. 1. 1 步骤测定 5 块标准样品 ,得到 5 组接触角数据 。也可在同等条件下 , 同一样品 间 隔6 mm以上的不同位置重复测定 ,得到 5组接触角数据 。

　　8. 1. 3 按照 4. 2 的圆锥法计算出液滴左右接触角 ,在样品表面平整无杂质的情况下 ,左右接触角数据差异应不大于 2°。 除去离散的数据 ,至少保留 3组集中的数据 ,取左 、右接触角的算术平均值 ,得出接触角数值 。

　　8. 2 黏附力

　　8. 2. 1 将样品正面向上 ,置于动态接触角仪的固定平台上 。用微量进样器注射 5 μL二级去离子水(或正十六烷)到动态接触角仪的悬臂 。开启步进马达控制固定平台的样品向上接触悬臂上的液滴 ,然后向下使两者分离 。微重力分析仪测量并记录液滴从接触到离开材料表面过程中 ,所受拉伸作用力的一系列数值 。每个样品选取 5个点进行测试 ,每个点之间至少间隔 6 mm ,5个数据为一组 。

　　8. 2. 2 按 8. 2. 1 步骤测定 5 块标准样品 ,得到 5 组黏附力数据 。也可在同等条件下 , 同一样品 间 隔6 mm以上的不同位置重复测定 ,得到 5组黏附力数据 。 除去失败和离散的数据 , 至少保留 3 组集中的数据 ,取其算术平均值 。

　　注 : 超双疏材料的黏附曲线 ,起点和终点纵坐标数值是一致的 ,拐点纵坐标表示材料的黏附力 。材料的水黏附力及油黏附力 ,分别以不产生力缺失的水黏附曲线及油黏附曲线的拐点重力值为最终数据 。

　　9 检测报告

　　检测报告应包括下列各项 :

　　a) 本标准的编号 ;

　　b) 样品名称 、编号 、规格品种 、产地 、委托检测单位 、抽样日期等 ;

　　c) 检测条件 ;

　　d) 所使用的标准及方法 ;

　　e) 检测项 目 ;

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　　f) 评定结果 ;

　　g) 检测 日期和人员 ;

　　h) 审核 ;

　　i) 其他 。

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